WO2001076760A1 - Open jet centrifuge with monitoring means, and method for monitoring the same - Google Patents

Open jet centrifuge with monitoring means, and method for monitoring the same Download PDF

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WO2001076760A1
WO2001076760A1 PCT/EP2001/003293 EP0103293W WO0176760A1 WO 2001076760 A1 WO2001076760 A1 WO 2001076760A1 EP 0103293 W EP0103293 W EP 0103293W WO 0176760 A1 WO0176760 A1 WO 0176760A1
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WO
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rotor
centrifuge
monitoring
sensor
free jet
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PCT/EP2001/003293
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Helmuth Fischer
Hans-Joachim Esch
Peter Frehland
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Filterwerk Mann+Hummel Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
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    • B04B11/04—Periodical feeding or discharging; Control arrangements therefor
    • B04B11/043—Load indication with or without control arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B04B5/00—Other centrifuges
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B7/00—Elements of centrifuges
    • B04B7/02—Casings; Lids
    • B04B7/06—Safety devices ; Regulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B04B9/06—Fluid drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
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    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M2013/0422—Separating oil and gas with a centrifuge device

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a system with a free jet centrifuge according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to free jet centrifuges with monitoring devices according to the preamble of claims 6 and 9.
  • FIG. 1 of the document shows a centrifuge rotor which is mounted on an axis and has axial play.
  • the nozzles 48 are oriented obliquely downward, so that the operation of the centrifuge produces an axial force component which presses the rotor against a weight ring against the contact force attached to the upper axial stop for the rotor. A malfunction is indicated if the rotor leaves the contact ring during operation.
  • the cause of the error when leaving the contact ring cannot be determined beyond doubt by such a design of the monitoring device. This can be caused, for example, by an increase in the weight of the centrifuge due to the filter cake building up, and a blockage of the nozzles or a sluggishness of the slide bearings 30, 28 used.
  • the axial force component which is generated by the nozzle position, is superimposed by an axial force due to the oil pressure, which results from the fact that the liquid to be centrifuged flows into the rotor from below and pushes it up on the axis. In the event of an impermissibly high pressure increase in the liquid, this can result in the rotor being pressed against the contact ring despite malfunctions and the control device thereby failing in terms of its function.
  • control device described is not suitable if the centrifuge rotor is axially fixed in the housing, as in WO 99/54 051 (see FIG. 2).
  • This design enables the use of ball bearings, which leads to a low resistance to rotation of the rotor and a reduction in the leakage current at the bearings.
  • such a centrifuge design must also be monitored depending on the application.
  • the object of the invention is therefore to provide methods and devices for monitoring the function of a free jet centrifuge which reliably determine malfunctions of the centrifuge. This object is solved by claims 1, 6 and 9.
  • the method according to the invention is suitable for monitoring a system which in any case contains a free jet centrifuge and the liquid to be centrifuged.
  • the system can also contain other components.
  • the combination of centrifuge and liquid filter can also be considered as a system, the centrifuge being provided in the bypass flow for separating the finest suspended particles.
  • Such an application arises, for. B. in the automotive field for cleaning the lubricating oil.
  • the method is characterized in that the monitoring can take place independently of an axial force which acts on the rotor of the centrifuge along its axis of rotation. This has the advantage that the monitoring can take place independently of the interaction of the components generating the axial force.
  • Malfunctions can thus be determined without having to consider the mechanical properties of the centrifuge, such as bearing wear or nozzle wear, and the course of the pressure of the liquid to be centrifuged. In particular, the determination is not dependent on the operation of the centrifuge, since the axial force component generated by the nozzles is not necessary. About the degree of filling of the centrifuge and thus its weight can, for. B. during the standstill of the centrifuge, a statement can be made, whereby disturbances that could distort the result can be largely excluded.
  • the monitoring signal can be passed on to corresponding output devices which indicate malfunctions. This can in the automotive field, for. B. Indicator lights on the dashboard. However, the evaluation of the measurement signals by the motor electronics is also conceivable.
  • the monitoring is carried out by a pressure sensor which generates a signal depending on the axial force acting on the rotor.
  • a piezoelectric sensor can be used here.
  • the measurement of the axial force is not dependent on the axial force generated by the nozzles.
  • the axial force can be determined during the standstill of the centrifuge, whereby the advantages mentioned are achieved.
  • a measurement can also be carried out during the operation of the centrifuge, whereby an axial force component of the nozzles must be taken into account if these are inclined.
  • a purely horizontal effect of the nozzles is also conceivable. This has the advantage that the propulsion of the nozzles can only be used to drive the centrifuge, which means that higher speeds can be achieved.
  • the pressure sensor can continue to be Fluids are determined.
  • This can e.g. B. done by sensors that are already in the system, for. B. the internal combustion engine are provided. These values are evaluated anyway by the motor electronics and can be supplemented by the measured values determined directly on the centrifuge.
  • other sensors in the system can also be used to make the most accurate statements possible about the condition of the centrifuge.
  • a speed sensor which is designed in particular as an optoelectric sensor.
  • An alternative embodiment of the sensor would be, for. B. a tachometer generator.
  • the speed of the rotor can be determined with the aid of a speed sensor. This measurement signal can be evaluated as such. B. can be monitored whether the centrifuge reaches its nominal speed.
  • additional statements are possible. For example, the startup behavior of the centrifuge can be determined using a time recording. The build-up of the filter cake in the rotor can be indirectly monitored via the run-up behavior, since the increasing inertia of the rotor leads to an increase in the run-up time.
  • a comparison of the run-up time and the rotor weight allows additional statements about malfunctions of the centrifuge. For example, an increase in the bearing friction or a blockage of the nozzles could be recognized, since the run-up time would increase without an increase in the weight of the rotor.
  • the applied pressure of the liquid to be centrifuged can also be evaluated here in order to increase the reliability of the monitoring.
  • the time required for the centrifuge when changing between certain characteristic operating states can also be determined. Additional sensors are required for this, which indicate that characteristic operating states have been reached or left.
  • B Signals about the load state of the engine, its oil requirement or the delivery rate of the oil pump in the lubricating oil circuit are considered. It is advantageous to apply the monitoring method to the liquid to be centrifuged itself.
  • An important parameter in the functioning of the centrifuge is the viscosity of this liquid. So z. B. the lubricating oil of an internal combustion engine depending on the operating temperature and the aging of the lubricating oil, the viscosity. In such a case, the monitoring of the viscosity can be used to achieve individual oil change intervals, whereby the intervals can be extended to an optimal level. This increases both the economy in operation and the environmental compatibility of the internal combustion engine under consideration.
  • the viscosity of the liquid must also be considered as a criterion for the function of the centrifuge. In this way, the influence of viscosity on the run-up behavior of the centrifuge can also be taken into account.
  • a free jet centrifuge which is suitable for carrying out the described method is claimed in claim 6.
  • the rotor of the centrifuge is axially fixed in at least one direction, the axial fixing of the rotor being used for a pressure sensor which can determine the axial force of the rotor in the direction of the axial fixing.
  • the measured value determined in this way can be processed in the manner already described.
  • the rotor is mounted in the housing without play in the axial direction.
  • This is advantageous because when the rotor is at a standstill, an axial force acts downwards and when the rotor is operating, axial forces can also occur upwards. These are generated by a possible inclination of the drive nozzles of the rotor downwards and by the resulting oil pressure acting on the inner walls of the rotor.
  • the axial force can also act downwards when the rotor is in operation.
  • the system described here can therefore also function independently of the centrifuge acting on the rotor Determine the direction of the axial force.
  • it is also possible to generate a continuous measurement signal since this does not depend on the axial force component generated by the inclination of the nozzles, but only has to consider this axial component if it arises.
  • the signal is also continuous with regard to the measured value. It can thus z. B. the structure of the filter cake can be followed, whereby z. B. a conclusion on oil change intervals is possible.
  • the centrifuge rotor is supported in the housing by a ball bearing. This can absorb the axial forces of the rotor and pass them on to the pressure sensor. This also reduces friction, which means that higher speeds can be achieved.
  • a speed sensor can be attached to the free jet centrifuge for monitoring. This is integrated at a suitable point in the housing.
  • a tachometer generator should e.g. B. be provided at one of the bearing points of the rotor, on the one hand to establish in the housing and on the other hand to connect to the rotating rotor.
  • the measurement signal of the speed sensor can be processed in the manner already described.
  • Figure 1 shows the schematic structure of a free jet centrifuge in section, on which a pressure sensor and a speed sensor are attached, and
  • Figure 2 shows the arrangement of a free jet centrifuge in the lubricating oil circuit of an internal combustion engine as a block diagram.
  • a free jet centrifuge is shown schematically as z. B. for cleaning lubricating oil of an internal combustion engine is used.
  • the direction of flow of the fluid is indicated by arrows.
  • the free jet centrifuge 10 has a housing 11 which is equipped with an inlet 12 and an outlet 13. The housing does not have to be designed separately.
  • the rotor of the free jet centrifuge can be installed in other structures of the internal combustion engine just as well as, for. B. the oil pan.
  • a rotor 14 of the centrifuge is mounted in a sliding bearing 16 with a central tube 15.
  • the center tube simultaneously represents the rotor inlet 17 through which the oil enters the rotor.
  • Drive nozzles 18 serve the oil as a rotor outlet.
  • a bearing seat 19 for a ball bearing 20 is provided on the outside of the rotor. This is fixed to the rotor with its outer ring.
  • the inner ring of the ball bearing 20 is provided with an intermediate piece 21 which is connected to a piezoelectric sensor 22. This sensor is supported in the housing 11. As a result, the sensor can absorb the axial force caused by the rotor and sends the corresponding axial force signal f to evaluation electronics 23.
  • An optoelectric sensor 24 is also provided in the housing. This can generate a speed signal n via a marking 25 on the rotor. This is processed together with a temperature signal t in the evaluation electronics 23.
  • the temperature signal t comes from a temperature sensor 26 for determining the Oil temperature, which is attached to the inlet 12.
  • the evaluation electronics outputs a control signal s, which can be used to output an error.
  • FIG. 2 shows the integration of the free jet centrifuge 10 in a lubricating oil circuit 27 of an internal combustion engine 28.
  • the signals f, t already described converge in a motor control 29 together with a pressure signal p of the lubricating oil, a time signal z and further motor parameters a, b.
  • the engine parameters can be the speed of the internal combustion engine, the air requirement of the internal combustion engine, the speed or delivery rate of the oil pump of the lubricating oil circuit or other parameters.
  • the signals are processed in the engine control 29 and passed on to the dashboard 30 as control signal s.
  • a pump 31, which is provided in the lubricating oil circuit 27, ensures a sufficient supply of the lubrication points (not shown).
  • the free jet centrifuge 10 is arranged in the bypass flow to an oil filter 32.
  • the oil supply to the free jet centrifuge can be regulated via a control valve 33.
  • the various measurement signals can be stored as a map in the engine control 29. This makes it possible to assess that the free jet centrifuge is functioning properly.
  • relationships between individual measurement signals can be stored in the controller.
  • the relationship between ramp-up time and loading is an example. This results in a certain relationship between z and f.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to a method for monitoring an open jet centrifuge installed in a fluid system, and to a centrifuge suitable for installation in such a system. The inventive centrifuge (10) is provided with sensors, especially a piezoelectric sensor (22) and/or a speed sensor (24). Said sensors allow detection on the rotor of parameters of the centrifuge such as charge by the filter cake, bearing wear or other malfunctions independent of the axial force component generated by the input nozzles (18). The signals obtained are evaluated by an electronic analytical system (23) that can output an error signal (f).

Description

Freistrahlzentrifuge mit Überwachungsmittel und Verfahren zu deren ÜberwachungOpen jet centrifuge with monitoring means and method for monitoring them
Beschreibungdescription
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Systems mit einer Freistrahlzentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung Freistrahlzentrifugen mit Überwachungseinrichtungen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 6 und 9.The invention relates to a method for monitoring a system with a free jet centrifuge according to the preamble of claim 1. The invention also relates to free jet centrifuges with monitoring devices according to the preamble of claims 6 and 9.
Freistrahlzentrifugen mit Überwachungseinrichtungen sind z. B. aus der DE 44 03 425 A1 bekannt. Ziel solcher Überwachungseinrichtungen ist es, Fehlfunktionen der Zentrifuge erfassen zu können bzw. den durch die Abscheidung erzeugten Füllungsgrad festzustellen, um eine Aussage über den Zeitpunkt des Austausches des Zentrifugenrotors machen zu können (Spalte 3, Zeile 12 bis 22 des angegebenen Dokuments). Um das angegebene Ziel auf einfache Weise zu erreichen, zeigt Figur 1 des Dokuments einen Zentrifugenrotor, der auf einer Achse gelagert ist und Axialspiel aufweist. Die Düsen 48 sind schräg nach unten ausgerichtet, so dass durch den Betrieb der Zentrifuge eine Axialkraftkomponente entsteht, die den Rotor entgegen der Gewichtskraft gegen einen am oberen Axialanschlag für den Rotor angebrachten Kontaktring drückt. Eine Fehlfunktion wird angezeigt, wenn der Rotor während des Betriebs den Kontaktring verlässt.Free jet centrifuges with monitoring devices are e.g. B. known from DE 44 03 425 A1. The aim of such monitoring devices is to be able to detect malfunctions of the centrifuge or to determine the filling level generated by the separation in order to be able to make a statement about the time of the replacement of the centrifuge rotor (column 3, lines 12 to 22 of the document given). In order to achieve the stated goal in a simple manner, FIG. 1 of the document shows a centrifuge rotor which is mounted on an axis and has axial play. The nozzles 48 are oriented obliquely downward, so that the operation of the centrifuge produces an axial force component which presses the rotor against a weight ring against the contact force attached to the upper axial stop for the rotor. A malfunction is indicated if the rotor leaves the contact ring during operation.
Durch eine derartige konstruktive Ausgestaltung der Überwachungseinrichtung kann jedoch die Fehlerursache bei Verlassen des Kontaktringes nicht zweifelsfrei festgestellt werden. Ursachen können beispielsweise eine Erhöhung der Gewichtskraft der Zentrifuge durch den sich aufbauenden Filterkuchen, eine Verstopfung der Düsen oder auch eine Schwergängigkeit der eingesetzten Gleitlager 30, 28 sein. Außerdem wird die Axialkraftkomponente, die durch die Düsenstellung erzeugt wird, durch eine Axialkraft aufgrund des Öldruckes überlagert, welcher sich resultierend daraus ergibt, dass die zu zentrifugierende Flüssigkeit von unten in den Rotor einströmt und diesen auf der Achse hochdrückt. Dadurch kann es bei einem unzulässig hohen Druckanstieg der Flüssigkeit dazu kommen, dass der Rotor trotz Fehlfunktionen gegen den Kontaktring gedrückt wird und dadurch die Kontrolleinrichtung im Hinblick auf ihre Funktion versagt.However, the cause of the error when leaving the contact ring cannot be determined beyond doubt by such a design of the monitoring device. This can be caused, for example, by an increase in the weight of the centrifuge due to the filter cake building up, and a blockage of the nozzles or a sluggishness of the slide bearings 30, 28 used. In addition, the axial force component, which is generated by the nozzle position, is superimposed by an axial force due to the oil pressure, which results from the fact that the liquid to be centrifuged flows into the rotor from below and pushes it up on the axis. In the event of an impermissibly high pressure increase in the liquid, this can result in the rotor being pressed against the contact ring despite malfunctions and the control device thereby failing in terms of its function.
Außerdem ist die beschriebene Kontrolleinrichtung nicht geeignet, wenn der Zentrifugenrotor, wie in der WO 99/54 051 im Gehäuse axial festgelegt ist (vergl. Figur 2). Diese Bauform ermöglicht die Verwendung von Kugellagern, welche zu einem geringen Drehwiderstand des Rotors und zu einer Verringerung des Leckagestroms an den Lagern führt. Jedoch muss auch eine derartige Zentrifugenbauform abhängig vom Einsatzfall überwacht werden.In addition, the control device described is not suitable if the centrifuge rotor is axially fixed in the housing, as in WO 99/54 051 (see FIG. 2). This design enables the use of ball bearings, which leads to a low resistance to rotation of the rotor and a reduction in the leakage current at the bearings. However, such a centrifuge design must also be monitored depending on the application.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung der Funktion einer Freistrahlzentrifuge zu schaffen, welche zuverlässig Fehlfunktionen der Zentrifuge ermitteln. Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 , 6 und 9 gelöst.The object of the invention is therefore to provide methods and devices for monitoring the function of a free jet centrifuge which reliably determine malfunctions of the centrifuge. This object is solved by claims 1, 6 and 9.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Überwachung eines Systems geeignet, welches auf jeden Fall eine Freistrahlzentrifuge und die zu zentrifugierende Flüssigkeit enthält. Das System kann auch weitere Komponenten enthalten. Zum Beispiel kann als System auch die Kombination von Zentrifuge und Flüssigkeitsfilter betrachtet werden, wobei die Zentrifuge im Nebenstrom zur Abscheidung feinster Schwebeteilchen vorgesehen ist. Ein solcher Anwendungsfall ergibt sich z. B. im Kraftfahrzeugbereich zur Reinigung des Schmieröls. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung unabhängig von einer Axialkraft erfolgen kann, die auf den Rotor der Zentrifuge entlang seiner Drehachse wirkt. Dies hat den Vorteil, dass die Überwachung unabhängig von dem Zusammenspiel der die Axialkraft erzeugenden Komponenten erfolgen kann. Fehlfunktionen können also festgestellt werden, ohne die mechanischen Eigenschaften der Zentrifuge wie Lagerverschleiß oder Düsenverschleiß sowie der Verlauf des Druckes der zu zentrifugierenden Flüssigkeit beachtet werden müssen. Insbesondere ist die Ermittlung nicht abhängig vom Betrieb der Zentrifuge, da die durch die Düsen erzeugte Axialkraftkomponente nicht notwendig ist. Über den Füllungsgrad der Zentrifuge und damit deren Gewicht kann z. B. während des Stillstandes der Zentrifuge eine Aussage gemacht werden, wodurch Störgrößen, die das Ergebnis verfälschen könnten, weitgehend ausgeschlossen werden können. Das Überwachungssignal kann an entsprechende Ausgabegeräte weitergegeben werden, die Fehlfunktionen anzeigen. Dies können im Kraftfahrzeugbereich z. B. Kontrollleuchten am Armaturenbrett sein. Es ist aber auch die Auswertung der Messsignale durch die Motorelektronik denkbar.The method according to the invention is suitable for monitoring a system which in any case contains a free jet centrifuge and the liquid to be centrifuged. The system can also contain other components. For example, the combination of centrifuge and liquid filter can also be considered as a system, the centrifuge being provided in the bypass flow for separating the finest suspended particles. Such an application arises, for. B. in the automotive field for cleaning the lubricating oil. The method is characterized in that the monitoring can take place independently of an axial force which acts on the rotor of the centrifuge along its axis of rotation. This has the advantage that the monitoring can take place independently of the interaction of the components generating the axial force. Malfunctions can thus be determined without having to consider the mechanical properties of the centrifuge, such as bearing wear or nozzle wear, and the course of the pressure of the liquid to be centrifuged. In particular, the determination is not dependent on the operation of the centrifuge, since the axial force component generated by the nozzles is not necessary. About the degree of filling of the centrifuge and thus its weight can, for. B. during the standstill of the centrifuge, a statement can be made, whereby disturbances that could distort the result can be largely excluded. The monitoring signal can be passed on to corresponding output devices which indicate malfunctions. This can in the automotive field, for. B. Indicator lights on the dashboard. However, the evaluation of the measurement signals by the motor electronics is also conceivable.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Überwachung durch einen Drucksensor, der ein Signal abhängig von der auf den Rotor wirkenden Axialkraft erzeugt. Hier kann insbesondere ein piezoelektrischer Sensor eingesetzt werden. Die Messung der Axialkraft ist im Sinne der Erfindung jedoch nicht abhängig von der durch die Düsen erzeugten Axialkraft. Auch in diesem Fall kann z. B. die Axialkraft während des Stillstandes der Zentrifuge ermittelt werden, wodurch die genannten Vorteile erreicht werden. Selbstverständlich kann auch während des Betriebs der Zentrifuge eine Messung erfolgen, wobei eine Axialkraftkomponente der Düsen beachtet werden muss, sofern diese schräg gestellt sind. Es ist jedoch auch eine reine Horizontalwirkung der Düsen denkbar. Dies hat den Vorteil, dass der Vortrieb der Düsen ausschließlich zum Antrieb der Zentrifuge genutzt werden kann, wodurch höhere Drehzahlen erreicht werden können.According to an advantageous embodiment of the invention, the monitoring is carried out by a pressure sensor which generates a signal depending on the axial force acting on the rotor. In particular, a piezoelectric sensor can be used here. For the purposes of the invention, however, the measurement of the axial force is not dependent on the axial force generated by the nozzles. In this case, too. B. the axial force can be determined during the standstill of the centrifuge, whereby the advantages mentioned are achieved. Of course, a measurement can also be carried out during the operation of the centrifuge, whereby an axial force component of the nozzles must be taken into account if these are inclined. However, a purely horizontal effect of the nozzles is also conceivable. This has the advantage that the propulsion of the nozzles can only be used to drive the centrifuge, which means that higher speeds can be achieved.
Selbstverständlich sind auch andere Funktionsprinzipien für den Drucksensor denkbar, z. B. ein Druckkolben, wobei der Flüssigkeitsdruck in dem Kolben proportional zur Axialkraft am Rotor ist. Um während des Betriebs des Rotors möglichst unverfälschte Ergebnisse zu erzielen, kann weiterhin der Druck des zu zentrifugierenden Fluids ermittelt werden. Dies kann z. B. durch Sensoren erfolgen, die ohnehin im System, z. B. der Brennkraftmaschine, vorgesehen sind. Diese Werte werden ohnehin durch die Motorelektronik ausgewertet und können durch die direkt an der Zentrifuge ermittelten Messwerte ergänzt werden. Zusätzlich können auch weitere Sensoren im System genutzt werden, um möglichst genaue Aussagen über den Zustand der Zentrifuge treffen zu können.Of course, other functional principles for the pressure sensor are also conceivable, e.g. B. a pressure piston, the liquid pressure in the piston being proportional to the axial force on the rotor. In order to achieve results that are as pristine as possible during the operation of the rotor, the pressure of the centrifuged can continue to be Fluids are determined. This can e.g. B. done by sensors that are already in the system, for. B. the internal combustion engine are provided. These values are evaluated anyway by the motor electronics and can be supplemented by the measured values determined directly on the centrifuge. In addition, other sensors in the system can also be used to make the most accurate statements possible about the condition of the centrifuge.
Eine weitere Möglichkeit der Überwachung der Zentrifuge besteht in der Verwendung eines Drehzahlsensors, der insbesondere als optoelektrischer Sensor ausgeführt ist. Eine alternative Ausbildung des Sensors wäre z. B. ein Tachogenerator. Mit Hilfe eines Drehzahlsensors kann die Drehzahl des Rotors ermittelt werden. Dieses Messsignal kann als solches ausgewertet werden, wodurch z. B. überwacht werden kann, ob die Zentrifuge ihre Nenndrehzahl erreicht. Unter Zuhilfenahme weiterer Parameter sind zusätzliche Aussagen möglich. Zum Beispiel kann unter Hinzuziehung einer Zeiterfassung das Hochlaufverhalten der Zentrifuge bestimmt werden. Über das Hochlaufverhalten lässt sich indirekt der Aufbau des Filterkuchens im Rotor überwachen, da die zunehmende Trägheit des Rotors zu einer Verlängerung der Hochlaufzeit führt.Another option for monitoring the centrifuge is to use a speed sensor, which is designed in particular as an optoelectric sensor. An alternative embodiment of the sensor would be, for. B. a tachometer generator. The speed of the rotor can be determined with the aid of a speed sensor. This measurement signal can be evaluated as such. B. can be monitored whether the centrifuge reaches its nominal speed. With the help of further parameters, additional statements are possible. For example, the startup behavior of the centrifuge can be determined using a time recording. The build-up of the filter cake in the rotor can be indirectly monitored via the run-up behavior, since the increasing inertia of the rotor leads to an increase in the run-up time.
Wird das Rotorgewicht parallel auf andere Weise ermittelt, so lässt ein Vergleich der Hochlaufzeit und des Rotorgewichtes zusätzliche Aussagen über Fehlfunktionen der Zentrifuge zu. So könnte eine Erhöhung der Lagerreibung bzw. eine Verstopfung der Düsen erkannt werden, da die Hochlaufzeit ohne eine Gewichtserhöhung des Rotors zunehmen würde. Hierbei kann ebenfalls der anliegende Druck der zu zentrifugierenden Flüssigkeit ausgewertet werden, um die Zuverlässigkeit der Überwachung zu erhöhen.If the rotor weight is determined in parallel in a different way, a comparison of the run-up time and the rotor weight allows additional statements about malfunctions of the centrifuge. For example, an increase in the bearing friction or a blockage of the nozzles could be recognized, since the run-up time would increase without an increase in the weight of the rotor. The applied pressure of the liquid to be centrifuged can also be evaluated here in order to increase the reliability of the monitoring.
Neben dem Hochlaufverhalten kann auch der Zeitbedarf der Zentrifuge bei einem Wechsel zwischen bestimmten charakteristischen Betriebszuständen ermittelt werden. Hierzu sind zusätzliche Sensoren notwendig, die das Erreichen bzw. das Verlassen charakteristischer Betriebszustände anzeigen. Im Falle der Verwendung der Freistrahlzentrifuge in einer Brennkraftmaschine können z. B. Signale über den Lastzustand des Motors, dessen Ölbedarf oder die Förderleistung der Ölpumpe im Schmierölkreislauf Beachtung finden. Es ist vorteilhaft, das Verfahren zur Überwachung auch auf die zu zentrifugierende Flüssigkeit selbst anzuwenden. Ein wichtiger Parameter bei der Funktion der Zentrifuge ist die Viskosität dieser Flüssigkeit. So verändert z. B. das Schmieröl einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur und der Alterung des Schmieröls die Viskosität. Somit kann die Überwachung der Viskosität in einem solchen Fall zur Erreichung individueller Ölwechselintervalle verwendet werden, wodurch die Intervalle auf ein optimales Maß verlängert werden können. Hierdurch erhöht sich sowohl die Wirtschaftlichkeit im Betrieb als auch die Umweltverträglichkeit der betrachteten Brennkraftmaschine.In addition to the startup behavior, the time required for the centrifuge when changing between certain characteristic operating states can also be determined. Additional sensors are required for this, which indicate that characteristic operating states have been reached or left. In the case of using the free jet centrifuge in an internal combustion engine, for. B. Signals about the load state of the engine, its oil requirement or the delivery rate of the oil pump in the lubricating oil circuit are considered. It is advantageous to apply the monitoring method to the liquid to be centrifuged itself. An important parameter in the functioning of the centrifuge is the viscosity of this liquid. So z. B. the lubricating oil of an internal combustion engine depending on the operating temperature and the aging of the lubricating oil, the viscosity. In such a case, the monitoring of the viscosity can be used to achieve individual oil change intervals, whereby the intervals can be extended to an optimal level. This increases both the economy in operation and the environmental compatibility of the internal combustion engine under consideration.
Die Viskosität der Flüssigkeit ist aber auch als Kriterium für die Funktion der Zentrifuge zu beachten. Der Einfluss der Viskosität auf das Hochlaufverhalten der Zentrifuge kann auf diese Weise mit beachtet werden.The viscosity of the liquid must also be considered as a criterion for the function of the centrifuge. In this way, the influence of viscosity on the run-up behavior of the centrifuge can also be taken into account.
Eine Freistrahlzentrifuge, welche geeignet ist, das beschriebene Verfahren durchzuführen, ist gemäß Anspruch 6 beansprucht. Der Rotor der Zentrifuge ist in mindestens eine Richtung axial festgelegt, wobei die axiale Festlegung des Rotors für einen Drucksensor genutzt wird, der die Axialkraft des Rotors in Richtung der axialen Festlegung ermitteln kann. Der so ermittelte Messwert lässt sich in der bereits beschriebenen Weise verarbeiten.A free jet centrifuge which is suitable for carrying out the described method is claimed in claim 6. The rotor of the centrifuge is axially fixed in at least one direction, the axial fixing of the rotor being used for a pressure sensor which can determine the axial force of the rotor in the direction of the axial fixing. The measured value determined in this way can be processed in the manner already described.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor im Gehäuse in axialer Richtung spielfrei gelagert. Dadurch entsteht eine axiale Festlegung in beide Richtungen, so dass der Druckaufnehmer auch axiale Kraftkomponenten in beide Richtungen aufnehmen kann. Dieses ist von Vorteil, da im Stillstand des Rotors eine Axialkraft nach unten wirkt und beim Betrieb des Rotors auch Axialkräfte nach oben auftreten können. Diese werden erzeugt durch eine eventuelle Schrägstellung der Antriebsdüsen des Rotors nach unten und durch den an den Innenwänden des Rotors wirkenden resultierenden Öldruck. Abhängig von der Beladung des Rotors durch den Filterkuchen kann die Axialkraft auch im Betrieb des Rotors nach unten wirken. Im Vergleich zu der in der DE 44 03 425 A1 , Figur 1 , dargestellten konstruktiven Variante einer Überwachungseinrichtung kann das hier beschriebene System die Funktion der Zentrifuge also auch unabhängig von der auf den Rotor wirkenden Axialkraftrichtung ermitteln. Insbesondere ist auch die Erzeugung eines kontinuierlichen Messsignals möglich, da dieses nicht von der durch die Schrägstellung der Düsen erzeugten Axialkraftkomponente abhängig ist sondern diese Axialkomponente lediglich beachten muss, sofern sie entsteht. Außerdem ist das Signal auch kontinuierlich hinsichtlich des gemessenen Wertes. Es kann somit z. B. der Aufbau des Filterkuchens verfolgt werden, wodurch z. B. ein Rückschluss auf Ölwechselintervalle möglich ist.According to a further embodiment of the invention, the rotor is mounted in the housing without play in the axial direction. This creates an axial fixation in both directions, so that the pressure transducer can also absorb axial force components in both directions. This is advantageous because when the rotor is at a standstill, an axial force acts downwards and when the rotor is operating, axial forces can also occur upwards. These are generated by a possible inclination of the drive nozzles of the rotor downwards and by the resulting oil pressure acting on the inner walls of the rotor. Depending on the loading of the rotor by the filter cake, the axial force can also act downwards when the rotor is in operation. In comparison to the design variant of a monitoring device shown in DE 44 03 425 A1, FIG. 1, the system described here can therefore also function independently of the centrifuge acting on the rotor Determine the direction of the axial force. In particular, it is also possible to generate a continuous measurement signal, since this does not depend on the axial force component generated by the inclination of the nozzles, but only has to consider this axial component if it arises. The signal is also continuous with regard to the measured value. It can thus z. B. the structure of the filter cake can be followed, whereby z. B. a conclusion on oil change intervals is possible.
Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Zentrifugenrotor im Gehäuse durch ein Kugellager gelagert. Dieses vermag die Axialkräfte des Rotors aufzunehmen und an den Drucksensor weiter zu geben. Außerdem lässt sich hierdurch die Reibung vermindern, wodurch höhere Drehzahlen erreicht werden können.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the centrifuge rotor is supported in the housing by a ball bearing. This can absorb the axial forces of the rotor and pass them on to the pressure sensor. This also reduces friction, which means that higher speeds can be achieved.
Alternativ kann an der Freistrahlzentrifuge zur Überwachung auch ein Drehzahlsensor angebracht werden. Dieser wird an geeigneter Stelle im Gehäuse integriert. Ein Tachogenerator müsste z. B. an einer der Lagerstellen des Rotors vorgesehen werden, um einerseits eine Festlegung im Gehäuse und andererseits eine Verbindung mit dem sich drehenden Rotor herzustellen. Das Messsignal des Drehzahlsensors kann in der bereits beschriebenen Weise verarbeitet werden.Alternatively, a speed sensor can be attached to the free jet centrifuge for monitoring. This is integrated at a suitable point in the housing. A tachometer generator should e.g. B. be provided at one of the bearing points of the rotor, on the one hand to establish in the housing and on the other hand to connect to the rotating rotor. The measurement signal of the speed sensor can be processed in the manner already described.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.These and further features of preferred developments of the invention are evident from the claims and also from the description and the drawings, the individual features being implemented individually or in groups in the form of subcombinations in the embodiment of the invention and in other fields, and can represent advantageous and protectable versions for which protection is claimed here.
Zeichnungdrawing
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen Figur 1 den schematischen Aufbau einer Freistrahlzentrifuge im Schnitt, an der ein Druckaufnehmer und ein Drehzahlsensor angebracht sind, undFurther details of the invention are described in the drawings using schematic exemplary embodiments. Show here Figure 1 shows the schematic structure of a free jet centrifuge in section, on which a pressure sensor and a speed sensor are attached, and
Figur 2 die Anordnung einer Freistrahlzentrifuge im Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine als Blockschaltbild.Figure 2 shows the arrangement of a free jet centrifuge in the lubricating oil circuit of an internal combustion engine as a block diagram.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In Figur 1 ist eine Freistrahlzentrifuge schematisch dargestellt, wie sie z. B. zur Reinigung von Schmieröl einer Brennkraftmaschine zum Einsatz kommt. Die Flussrichtung des Fluids ist durch Pfeile angedeutet. Die Freistrahlzentrifuge 10 weist ein Gehäuse 11 auf, welches mit einem Einlass 12 und einem Auslass 13 ausgestattet ist. Das Gehäuse muss nicht gesondert ausgeführt sein. Es kann der Rotor der Freistrahlzentrifuge genau so gut in weitere Strukturen der Brennkraftmaschine eingebaut werden, wie z. B. die Ölwanne. Ein Rotor 14 der Zentrifuge ist mit einem Mittelrohr 15 in einer Gleitlagerung 16 gelagert. Das Mittelrohr stellt gleichzeitig den Rotoreintritt 17 dar, durch den das Öl in den Rotor gelangt. Antriebsdüsen 18 dienen dem Öl als Rotoraustritt.In Figure 1, a free jet centrifuge is shown schematically as z. B. for cleaning lubricating oil of an internal combustion engine is used. The direction of flow of the fluid is indicated by arrows. The free jet centrifuge 10 has a housing 11 which is equipped with an inlet 12 and an outlet 13. The housing does not have to be designed separately. The rotor of the free jet centrifuge can be installed in other structures of the internal combustion engine just as well as, for. B. the oil pan. A rotor 14 of the centrifuge is mounted in a sliding bearing 16 with a central tube 15. The center tube simultaneously represents the rotor inlet 17 through which the oil enters the rotor. Drive nozzles 18 serve the oil as a rotor outlet.
An der Außenseite des Rotors ist eine Lageraufnahme 19 für ein Kugellager 20 vorgesehen. Dieses wird mit seinem Außenring am Rotor fixiert. Der Innenring des Kugellagers 20 wird mit einem Zwischenstück 21 versehen, welches mit einem piezoelektrischen Sensor 22 verbunden ist. Dieser Sensor stützt sich im Gehäuse 11 ab. Dadurch kann der Sensor die durch den Rotor bewirkte Axialkraft aufnehmen und sendet das entsprechende Axialkraftsignal f an eine Auswertelektronik 23.A bearing seat 19 for a ball bearing 20 is provided on the outside of the rotor. This is fixed to the rotor with its outer ring. The inner ring of the ball bearing 20 is provided with an intermediate piece 21 which is connected to a piezoelectric sensor 22. This sensor is supported in the housing 11. As a result, the sensor can absorb the axial force caused by the rotor and sends the corresponding axial force signal f to evaluation electronics 23.
Im Gehäuse ist weiterhin ein optoelektrischer Sensor 24 vorgesehen. Dieser kann über eine Markierung 25 am Rotor ein Drehzahlsignal n erzeugen. Dieses wird zusammen mit einem Temperatursignal t in der Auswertelektronik 23 verarbeitet. Das Temperatursignal t stammt von einem Temperatursensor 26 zur Ermittlung der Öltemperatur, welcher am Einlass 12 befestigt ist. Die Auswertelektronik gibt ein Kontrollsignal s aus, welches zur Ausgabe eines Fehlers benutzt werden kann.An optoelectric sensor 24 is also provided in the housing. This can generate a speed signal n via a marking 25 on the rotor. This is processed together with a temperature signal t in the evaluation electronics 23. The temperature signal t comes from a temperature sensor 26 for determining the Oil temperature, which is attached to the inlet 12. The evaluation electronics outputs a control signal s, which can be used to output an error.
In Figur 2 ist die Einbindung der Freistrahlzentrifuge 10 in einen Schmierölkreislauf 27 einer Brennkraftmaschine 28 dargestellt. Die bereits beschriebenen Signale f, t laufen zusammen mit einem Drucksignal p des Schmieröls, einem Zeitsignal z und weiteren Motorparametern a, b in einer Motorsteuerung 29 zusammen. Bei den Motorparametern kann es sich um die Drehzahl der Brennkraftmaschine, den Luftbedarf der Brennkraftmaschine, die Drehzahl bzw. Förderleistung der Ölpumpe des Schmierölkreislaufes oder sonstige Parameter handeln. Die Signale werden in der Motorsteuerung 29 verarbeitet und als Steuersignal s an das Armaturenbrett 30 weitergegeben. Eine Pumpe 31 , die im Schmierölkreislauf 27 vorgesehen ist, gewährleistet eine genügende Versorgung der Schmierstellen (nicht dargestellt). Die Freistrahlzentrifuge 10 ist im Nebenstrom zu einem Ölfilter 32 angeordnet. Über ein Steuerventil 33 lässt sich die Ölzufuhr zur Freistrahlzentrifuge regulieren.FIG. 2 shows the integration of the free jet centrifuge 10 in a lubricating oil circuit 27 of an internal combustion engine 28. The signals f, t already described converge in a motor control 29 together with a pressure signal p of the lubricating oil, a time signal z and further motor parameters a, b. The engine parameters can be the speed of the internal combustion engine, the air requirement of the internal combustion engine, the speed or delivery rate of the oil pump of the lubricating oil circuit or other parameters. The signals are processed in the engine control 29 and passed on to the dashboard 30 as control signal s. A pump 31, which is provided in the lubricating oil circuit 27, ensures a sufficient supply of the lubrication points (not shown). The free jet centrifuge 10 is arranged in the bypass flow to an oil filter 32. The oil supply to the free jet centrifuge can be regulated via a control valve 33.
Die verschiedenen Messsignale können als Kennfeld in der Motorsteuerung 29 hinterlegt werden. Dadurch ist die Beurteilung einer einwandfreien Funktion der Freistrahlzentrifuge möglich. Zusätzlich können Beziehungen zwischen einzelnen Messsignalen in der Steuerung abgelegt werden. Als Beispiel ist die Beziehung zwischen Hochlaufzeit und Beladung zu nennen. Hierdurch ergibt sich eine bestimmte Beziehung zwischen z und f. The various measurement signals can be stored as a map in the engine control 29. This makes it possible to assess that the free jet centrifuge is functioning properly. In addition, relationships between individual measurement signals can be stored in the controller. The relationship between ramp-up time and loading is an example. This results in a certain relationship between z and f.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Überwachung eines Systems, enthaltend eine Freistrahlzentrifuge (10) mit einem Rotor (14), der mit mindestens einer Antriebsdüse (18) versehen ist, und eine zu zentrifugierende Flüssigkeit, insbesondere einer Ölzentrifuge im Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung unabhängig von einer in Richtung einer Drehachse des Rotors wirkenden und durch die mindestens eine Antriebsdüse (18) erzeugte Axialkraft erfolgen kann.1. A method for monitoring a system comprising a free jet centrifuge (10) with a rotor (14) which is provided with at least one drive nozzle (18) and a liquid to be centrifuged, in particular an oil centrifuge in the lubricating oil circuit of an internal combustion engine, characterized in that monitoring can take place independently of an axial force acting in the direction of an axis of rotation of the rotor and generated by the at least one drive nozzle (18).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung das Signal eines Drucksensors, insbesondere eines piezoelektrischen Sensors (22) verarbeitet wird, mit dessen Hilfe die auf den Rotor (14) wirkende Axialkraft unabhängig vom Betriebszustand der Zentrifuge ermittelt werden kann.2. The method according to claim 1, characterized in that for monitoring the signal of a pressure sensor, in particular a piezoelectric sensor (22) is processed, by means of which the axial force acting on the rotor (14) can be determined independently of the operating state of the centrifuge.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung das Signal eines Drehzahlsensors, insbesondere eines optoelektrischen Sensors (24), verarbeitet wird, mit dessen Hilfe die Drehzahl des Rotors ermittelt werden kann.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for monitoring the signal of a speed sensor, in particular an optoelectric sensor (24), is processed, with the help of which the speed of the rotor can be determined.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, zur Überwachung eine Zeitmessung erfolgt, die den Zeitbedarf der Zentrifuge bei einem Wechsel derselben zwischen zwei charakteristischen Betriebszu- ständen ermittelt, wobei die charakteristischen Betriebszustände durch weitere Sensoren ermittelt werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that, for monitoring, a time measurement is carried out, which determines the time required for the centrifuge when changing between two characteristic operating states, the characteristic operating states being determined by further sensors.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Zentrifuge mindestens ein Sensor verwendet wird, der außerhalb des zu überwachenden Systems mindestens eine weitere Funktion übernimmt. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor is used to monitor the centrifuge, which takes over at least one other function outside the system to be monitored.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Messwerte zusätzlich zur Überwachung der Viskosität der zu zentrifugierenden Flüssigkeit genutzt werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the measured values determined are also used to monitor the viscosity of the liquid to be centrifuged.
7. Freistrahlzentrifuge (10) mit einem Rotor (14), der mit mindestens einer Antriebsdüse (18) versehen ist und einem Gehäuse (11 ), in dem der Rotor drehbar gelagert und zumindest in einer Richtung axial festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der axialen Festlegung des Rotors ein Drucksensor, insbesondere ein piezoelektrischer Sensor (22) derart angebracht ist, dass er der Axialkraft des Rotors ausgesetzt ist.7. free jet centrifuge (10) with a rotor (14) which is provided with at least one drive nozzle (18) and a housing (11) in which the rotor is rotatably mounted and axially fixed at least in one direction, characterized in that in the axial fixing of the rotor, a pressure sensor, in particular a piezoelectric sensor (22) is attached such that it is exposed to the axial force of the rotor.
8. Freistrahlzentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) im Gehäuse (11 ) in axialer Richtung spielfrei gelagert ist.8. Free jet centrifuge according to claim 7, characterized in that the rotor (14) in the housing (11) is mounted without play in the axial direction.
9. Freistahlzentrifuge nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrifugenrotor durch ein Kugellager im Gehäuse gelagert ist.9. Free steel centrifuge according to one of claims 7 or 8, characterized in that the centrifuge rotor is supported by a ball bearing in the housing.
10. Freistrahlzentrifuge (10) mit einem Rotor (14), der mit mindestens einer Antriebsdüse (18) versehen ist und einem Gehäuse (11 ), in dem der Rotor drehbar gelagert und zumindest in einer Richtung axial festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlsensor, insbesondere ein optoelektrischer Sensor (24), im Gehäuse zur Ermittlung der Rotordrehzahl vorgesehen ist.10. Free jet centrifuge (10) with a rotor (14) which is provided with at least one drive nozzle (18) and a housing (11) in which the rotor is rotatably mounted and axially fixed at least in one direction, characterized in that a Speed sensor, in particular an optoelectric sensor (24), is provided in the housing for determining the rotor speed.
11. Freistrahlzentrifuge nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle zur Überwachung notwendigen Sensoren an eine Auswertungselektronik (23) angeschlossen sind. 11. Free jet centrifuge according to one of claims 7 to 10, characterized in that all sensors necessary for monitoring are connected to an evaluation electronics (23).
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